动态系统中的完美适应性是一个或多个变量具有对外部刺激的持续变化的初始短暂响应的现象,但随着系统收敛到平衡,其原始值还原为原始值。借助因果有序算法,可以构建代表变量之间的因果关系和平衡分布中条件独立性之间的因果关系的图形表示。我们应用这些工具来制定足够的图形条件,以识别一组一阶微分方程的完美适应。此外,我们提供了足够的条件来测试实验平衡数据中完美适应的情况。我们将此方法应用于蛋白质信号通路的简单模型,并在模拟和使用现实世界中的蛋白质表达数据中测试其预测。我们证明,完美的适应会导致因果发现算法输出中边缘的误导方向。
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现实世界的数学模型是复杂系统的简化表示。使用数学模型的警告是,在模型扩展下,预测的因果效应和条件独立性可能不健壮,从而限制了此类模型的适用性。在这项工作中,我们考虑将两个模型组合在一起时保留定性模型预测的条件。在温和的假设下,我们展示了如何使用因果秩序的技术来有效评估定性模型预测的鲁棒性。我们还表征了一大批模型扩展,以保留定性模型预测。对于平衡的动态系统,我们演示了新颖的见解如何有助于选择适当的模型扩展,并理解反馈回路的存在。我们用具有免疫反应的病毒感染模型来说明我们的想法。
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动态系统广泛用于科学和工程,以模拟由多个交互组件组成的系统。通常,它们可以在意义上给出因果解释,因为它们不仅模拟了系统组件状态随时间的演变,而且描述了他们的进化如何受到动态的系统的外部干预的影响。我们介绍了结构动态因果模型(SDCMS)的正式框架,其将系统组件的因果语言作为模型的一部分来阐述。 SDCMS表示动态系统作为随机过程的集合,并指定了管理每个组件的动态的基本因果机制,作为任意顺序的随机微分方程的结构化系统。 SDCMS扩展了结构因果模型(SCM)的多功能因果建模框架,也称为结构方程模型(SEM),通过显式允许时间依赖。 SDCM可以被认为是SCM的随机过程版本,其中SCM的静态随机变量由动态随机过程及其衍生物代替。我们为SDCMS理论提供基础,(i)正式定义SDCMS,其解决方案,随机干预和图形表示; (ii)对初始条件的解决方案的存在性和独特性; (iii)随着时间的推移倾向于无穷大,讨论SDCMS平衡的条件下降; (iv)将SDCM的性质与平衡SCM的性质相关联。这封对应关系使人们能够在研究大类随机动力系统的因果语义时利用SCM的大量统计工具和发现方法。该理论用来自不同科学域的几个众所周知的示例进行说明。
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